國中的時候想必大家都操作過水果電池 除了LED燈會亮之外 我們會嘗試使用不同的導電材料看燈泡的亮度 但亮度無法量化 此時可以將燈泡改成伏特計 看看不同的導電材料組成的電池電壓有什麼不同？ 接續前一單元的概念 科學家訂出物質標準還原電位的相對值後 可直接利用這些資料 計算出不同化學電池的電位差 或做為組裝後反應是否自發的預測！ 前面提到當兩個半電池組成一個完整的電池 就在兩電極間形成的電位差就是電池的電壓 可以寫做E電池 單位為伏特V 若在25度C 氣體壓力1bar的條件下進行實驗測得的電池電壓 以E°電池表示 電池的電壓等於陰極的還原電位減去陽極的還原電位 若依前一單元所學 將反應方程式逆寫 電位會等值異號 那電池電壓的公式就可以改寫為 電池的電壓等於陽極的氧化電位減去陰極的氧化電位 或是陽極的氧化電位加上陰極的還原電位 現在以鋅銅電池為例 鋅銅電池中 同學們都已經知道鋅半電池發生氧化反應 鋅片是陽極 而銅半電池發生還原反應 銅片是陰極 因此 鋅銅電池的電壓就是兩極的電位差 查表可以知道鋅離子的還原電位為負0.76伏特 銅離子的還原電位為0.34伏特 所以鋅銅電池的電壓計算 就是陰極的還原電位減去陽極的還原電位 若依反應方程式逆寫 電位擁有等值異號的概念 就可以分別寫出這兩個式子 所以電池的電壓就可以寫成 陽極的氧化電位減去陰極的氧化電位 或是氧化電位加上陰極的還原電位 依據電池的標準電壓 可以判斷該氧化還原反應於標準狀態下 是否為自發性反應 當E°大於0 氧化還原反應可以自動發生 稱之為自發性反應 反之 若E°小於0 則為非自發性反應 以鋅銅電池為例 已知銅離子的還原電位為0.34伏特 鋅離子的還原電位為負0.76伏特 帶入電壓計算公式中 該電池的電壓E° 即為0.34伏特減去負0.76伏特 會等於1.10伏特 此數值大於0 所以是一個自發性的反應 故將鋅片浸入含銅離子的反應 可以發現鋅片逐漸氧化變細 而銅離子會還原析出於鋅片上 這是因為銅離子的還原傾向較鋅離子大 在反應中為較強的氧化劑 而金屬鋅相較於銅的氧化傾向較大 為較強的還原劑 動動腦 將銅片放入含有硫酸鋅的溶液中 請問銅片是否可以發生自發的氧化還原反應？ 若計算後發現電位差等於0 代表反應中氧化的傾向等於還原的傾向 所以此時反應達平衡狀態 標準參考電極改變 對電池的電壓會有何影響呢？ 將標準電極改為鋅半電池來解釋 電池的E°值等於陰極的標準還原電位 減去陽極的標準還原電位 可以視為兩物質的還原電位差 也就是兩物質還原電位在數線上的相對距離 為此兩個半電池組合成電池的電壓 如標準鋅銅電池的電壓 為0.34伏特減掉負0.76伏特等於1.1伏特 當參考電極由氫電極改變成 「其他電極時」或「其他數值」時 原點的位置就跟著移動到新的參考電極 各電極的還原電位數值亦隨之變動 但各種組合電池的電壓值並不會受影響 例如 將標準電池改為鋅半電池 則其他物質的還原電位會比原來電位再增加0.76伏特 氫電極的還原電位會從0加上0.76伏特 而銅半電池的還原電位會從0.34伏特 加上0.76伏特會等於1.10伏特 有鋅片、鐵片、銅片、銀片 分別有放入含有其離子的電解質溶液形成半電池 已知下列各金屬離子的標準還原電位如畫面 常溫下 將哪兩個半電池加上鹽橋成為電池 何者可得最大電壓？ （電解質濃度均為1.0M） 電壓為多少？ 已知下列各金屬離子的標準還原電位如畫面 請問1.0M的硫酸銅溶液可以用哪些金屬容器盛裝？ 電池的反應是一種可逆的氧化還原反應 所以若有一些外來因素的改變發生 一樣會遵守勒沙特列原理 例如 增加反應物、或降低產物濃度和壓力時 反應有利於向右進行 所以電池電壓變大 相反的 若降低反應物、增加產物濃度和壓力時 反應向左進行 電池電壓會變小 以鋅銅電池反應為例 提高鋅離子濃度 有利反應向左進行 電池電壓變小 提高銅離子濃度 有利反應向右進行 電池電壓變大 讓我們來總結一下學習內容 電池的電壓等於陰極的還原電位減去陽極的還原電位 也可以改寫為電池的電壓 等於陽極的氧化電位減去陰極的氧化電位 或是陽極的氧化電位加上陰極的還原電位 氧化與還原半反應組成全反應 可以反應的電壓來判斷氧化還原反應的自發性 電位差等於0 此時反應達平衡狀態 標準氫電極條件更動 亦會造成其他半電池電位數值的等量改變 兩半電池組成的電池 其電位差 也就是電壓不會改變 電池的反應是一種可逆的氧化還原反應 所以若有一些外來因素的改變發生 一樣會遵守勒沙特列原理 今天的課程到此結束 我們下次見 Bye bye！